汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析

汽轮机叶片断裂故障诊断及处理分析

周志桐

沈阳德瓦特汽轮动力有限责任公司  辽宁沈阳  110869

摘要：在工业生产中，汽轮机作为重要设备，与工业生产有着密切的关系。为了保障工业良好生产，需要保障汽轮机稳定运行，本文以汽轮机叶片为例，分析汽轮机叶片断裂的故障和原因，然后根据具体原因提出建设性防治措施，降低汽轮机叶片断裂发生的概率，从而保证汽轮机稳定运行。

关键词：汽轮机；断裂；故障诊断；处理

引言

汽轮机在工业生产中占有重要的地位，直接关系着工业是否能够稳定生产，因此在实际生产中需要保证汽轮机稳定运行。但在实际中，由于工作环境等因素，汽轮机在运行过程中经常会出现叶片断裂的情况，严重影响了汽轮机正常运行，给工业生产带来了不良的影响。基于此，需要对汽轮机叶片断裂问题展开探究，分析叶片断裂出现的原因，然后制定有效的解决措施。

1汽轮机叶片发生断裂故障的现象及原因

1.1汽轮机叶片发生断裂故障的现象

当汽轮机叶片发生断裂故障时，会伴随着以下一些现象发生，技术人员可以根据这些现象来判断汽轮机叶片是否出现断裂，其中具体内容有以下几点：①当听到汽轮机内部或凝汽器内部出现金属碰撞的声音，则表明有异物进入到汽轮机内部或者凝汽器内部，而汽轮机一般都有做密封处理，因此外来异物进入可能性比较低，很有可能就是汽轮机叶片发生断裂；②机组突然出现激烈的振动或者振幅突然增加，则可以检查汽轮机叶片情况，观察其是否出现断裂的问题；③当出现倒止门卡涩的情况，可以检查是否是汽轮机断裂的叶片进入到抽气管中引起的[1]；④当在盘车时，听到设备里面有金属摩擦声音，这也有可能是汽轮机叶片发生断裂引起的；⑤当汽轮机叶片出现损伤时，相同载荷下，蒸汽流量会变大，而且监控区段的压力也会增大。

1.2汽轮机叶片发生断裂故障出现原因

工业汽轮机叶片发生断裂故障是多方面因素引起的，因此在对汽轮机叶片断裂故障进行处理，需要确定故障发生的原因，其中比较常见的原因有以下几点。

第一，机械损伤。在汽轮机运行时，如果有外来的杂质随蒸汽进入汽轮机内，就会给叶片造成损伤。同时汽缸内部固定零部件脱落时，也会造成叶片损伤。另外，因轴承或推力瓦损坏等原因，会造成通流部分动、静摩擦，导致叶片出现损伤[2]。

第二，腐蚀和锈蚀。叶片的腐蚀发生在开始进入蒸汽，蒸汽干湿交替变化会导致叶片出现腐蚀。同时长期停机备用的机组也会因为外界环境而发生叶片腐蚀的情况。

第三，水蚀。所谓的水蚀指的是湿蒸汽分离出来的水滴给汽轮机叶片所带来的一种机械损伤，经常见于末级湿蒸汽区的低压端长叶片上，特别是末级叶片。这是因为设备运行中，末级叶片线速度比较大，蒸汽湿度比较大，所以水蚀程度比较严重。受到水蚀的影响，叶片经常会出现缺口、孔洞等情况。

第四，叶片本身缺陷。叶片本身缺陷也是造成断裂故障比较常见的原因之一，这其中包括了叶片设计、叶片加工工艺、叶片材料质量不达标等。其中叶片设计缺陷体现为叶片设计盈利过高或者栅结构不合理；加工工艺主要表现在叶片表面粗糙，不够光滑，在叶面留有明显的加工痕迹等或者尺寸不准确等，这些都会引发叶片断裂的故障发生；材料不达标具体表现有金属组织存有缺陷或者夹渣裂纹等[3]。

第五，运行方面原因。汽轮机叶片振动按照对应频率运行，一般是为50Hz，如果电网频率下降，就会导致叶片振动与额定频率不同，发生共振安全率异常的情况。在这种情况下，就可能造成叶片出现断裂的故障。

2汽轮机叶片断裂故障诊断方法

在对汽轮机叶片进行断裂故障诊断时，常见的故障诊断方法为振动分析法。振动分析法是当下应用最广泛也最有效、最直接的一种检测方法。这是因为振动频率信号易于实时提取，便于对系统进行快速在线分析、监测、评估和鉴别诊断。当下，比较常见的研究方法为模态分析和模糊模式识别。模态分析法是通过不断改变叶片模态刚度曲线，来对叶轮误差的实际发生情况进行正确的评估。迷糊模式识别诊断法是利用短时傅立叶分析系统和超小波多分辨率分析法，对标准叶片进行检测和诊断。技术人员可以直接使用模糊振动检测和诊断信号来对标准叶片裂纹点的位置范围和裂纹深度进行诊断，可以借助计算机技术来进行模式信息号识别、分析和处理，提高诊断精准性[4]。

3汽轮机叶片断裂故障处理与预防措施

3.1汽轮机叶片断裂故障处理

当汽轮机叶片发生断裂故障时，可以采用更换的方式进行处理，将断裂的汽轮机末级叶片更换掉，这样可以缩短设备维护时间，从而达到提高生产效率的目的，但这种处理方式会适当增加生产成本。另外，除了更换叶片外，还可以采用末级叶片切除的方式来处理。这种处理方式虽然可以降低汽轮机组叶片破裂性风险性，但也会给中后期机组效率带来影响。所以，在实际的汽轮机叶片断裂故障处理时，也需要从实际情况进行综合考虑，选择合适的故障处理方式。

3.2汽轮机叶片断裂故障预防措施

为了避免汽轮机叶片出现断裂的故障，可以从以下运行管理两个方面采取有效的预防措施，保证汽轮机正常稳定的运行。

3.2.1在运行管理方面采取措施

在对汽轮机叶片故障进行预防时，可以从运行管理方面采取相应的预防措施，其中具体内容有以下几点①加强电网频率管理工作，确保其处在额定频率以内，避免出现电网频率不稳定给汽轮机叶片带来影响；②时刻关注汽轮机的负载量，尽可能避免出现机组超负荷运行的情况；③开展动态化监视，关注汽轮机组的运行情况，特别是机组运行中参数变化。如果发现运行数据异常，需要及时启动应急预案，防止动静部件在运行过程中出现摩擦，从而导致叶片断裂的情况发生[5]。

3.2.1 在检修管理方面采取措施

除了在运行方面采取有效的预防措施外，技术人员还可以从检修管理方面入手，制定有效的措施来预防叶片断裂故障出现。首先，应对各级叶片及其拉筋等关键部位进行审查。如果发现叶片出现缺陷的情况，需要立即采取有效的处理方法。其次，做好检修工艺的更新。技术人员应对新叶片的质量进行重点检修，然后对拉筋焊接工艺等进行检查，为叶片稳定运行打下一个坚实的检修基础。最后，对新装机组进行重点筛查，确保机组在开始运行前，叶片振动特性无异常。

结束语

综上所述，汽轮机叶片断裂故障问题一直是影响汽轮机稳定运行的因素，为了实现汽轮机稳定运行，需要做好汽轮机叶片断裂故障诊断及处理。技术人员要时刻对汽轮机运行情况进行监测，观察是否出现异常情况。然后根据汽轮机叶片断裂故障出现的原因，及时采取有效的处理措施并做好预防，降低汽轮机叶片断裂故障出现的概率，从而保证汽轮机稳定运行。

参考文献

[1]孔维阳. 汽轮机振动突变故障分析与处理[J]. 电工技术,2022,(21):217-219+222.

[2]薛育龙,张文奇,李改娣,张永海,谷伟伟. 超临界350MW机组给水泵汽轮机第5级动叶片断裂原因调查分析[J]. 汽轮机技术,2022,64(02):136-140.

[3]王广庭,张爽,罗凯,范春生,黄中柏. 某330 MW汽轮机低压转子叶片断裂振动故障诊断研究[J]. 湖北电力,2020,44(04):76-81.

[4]张鹏. EK1100/ZUD型汽轮机转子叶片断裂故障分析[J]. 炼油与化工,2016,27(03):42-45.

[5]李丽红. 汽轮机叶片断裂事故状态监测分析与诊断[J]. 石油化工设备技术,2011,32(01):48-53+6-7.